材料科学与工程问题详解／下 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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Askeland所着「材料科学」之习题解答。

平25k，上下两册。

凝固态物理导论：从微观结构到宏观性能的探索 内容提要 本书旨在为材料科学与工程领域，特别是致力于深入理解固体物质基本原理的学生和研究人员，提供一个全面且严谨的导论。不同于侧重于应用案例或特定材料体系的教材，《凝固态物理导论：从微观结构到宏观性能的探索》 将核心聚焦于构成所有工程材料的原子、晶体结构、电子行为及热力学的内在规律。全书结构设计兼顾理论深度与清晰的逻辑递进，确保读者能够建立起从量子力学基础到宏观材料特性的坚实桥梁。 本书内容涵盖了对固体结构进行描述和分类的基础晶体学原理，深入剖析了完美晶体与缺陷结构对材料力学、电学和光学性质的决定性影响。特别地，本书在晶格振动（声子学）和电子的能带理论部分进行了详尽阐述，这些是理解热导率、比热容以及半导体和导体行为的关键。此外，本书还系统地介绍了磁性、介电性质的物理本质，并引入了先进的实验技术在结构表征中的应用框架，旨在培养读者运用物理思维解决复杂材料问题的能力。 --- 第一部分：晶体结构的几何与对称性基础 第一章：固体与晶体的基本概念 本章首先界定了宏观物质与固态物质的物理差异，并引入了晶体、非晶体和准晶体的基本分类。重点阐述了短程有序与长程有序的概念，为后续的晶体结构分析奠定基础。讨论了晶体的形成驱动力，从热力学角度解释了为什么许多材料倾向于形成周期性排列。 第二章：晶体学基础与密堆积 这是理解所有晶体材料几何构造的基石。本章详尽介绍了点阵（Bravais Lattices）、晶胞（Unit Cells）的概念，特别是原胞与晶胞的选择自由度。系统讲解了面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和六方最密堆积（HCP）的几何构造，计算它们的原子堆积密度和配位数，并分析了密堆积结构在实际金属材料中的重要性。引入了晶面指数（Miller Indices）和晶向指数的确定方法，这是后续分析晶体衍射和变形机制的基础工具。 第三章：晶体对称性与倒易点阵 本章提升到更高的抽象层次，介绍群论在晶体对称性描述中的应用。详细讨论了施魏勒符号（Shubnikov Groups）和空间群（Space Groups）的概念，解释了这些对称性如何限制材料可能具备的物理性质（如压电性、光学活性）。随后，重点引入倒易点阵（Reciprocal Lattice）的概念，解释其在X射线衍射（XRD）和中子散射理论中的核心地位，并阐述布里渊区（Brillouin Zone）的几何意义及其在电子能带结构中的关键作用。 --- 第二部分：晶体中的激发与热力学 第四章：晶格振动：声子学导论 本章将晶体视为由大量相互作用的原子组成的振动系统，引入声子（Phonons）的概念，将晶格振动量子化。从一维和三维晶格的色散关系（Dispersion Relations）出发，推导了声子的能量和动量。详细分析了声学支（Acoustic Branches）和光学支（Optical Branches）的物理意义。深入探讨了声子在比热容（对比经典维里定律）和热导率中的作用，解释了晶体导热的微观机制，包括声子-声子散射（Umklapp Processes）。 第五章：晶体缺陷的结构与统计力学 本章转向非完美晶体。详细分类和描述了点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错的类型、Burgers 矢量）和面缺陷（晶界、孪晶界）。重点分析了缺陷的形成热力学，应用统计力学计算不同温度下空位的平衡浓度。特别强调了位错在金属塑性变形中的核心作用，包括其运动、交互作用以及对材料强度和加工硬化的影响。 第六章：晶体中的扩散过程 扩散是理解材料热处理、相变和污染物迁移的关键。本章建立在缺陷理论之上，详细分析了固态扩散的原子机制（空位机制、间隙机制），并定量讨论了Fick定律及其在不同边界条件下的解。引入了扩散系数的阿伦尼乌斯（Arrhenius）依赖关系，并讨论了晶界和表面扩散等非体积扩散路径的特性。 --- 第三部分：电子理论与材料的电磁响应 第七章：自由电子模型与能带理论的建立 本章从量子力学的角度切入电子行为。首先回顾薛定谔方程在周期性势场中的应用，推导出布洛赫定理（Bloch’s Theorem），这是理解电子在晶体中行为的根本。详细阐述了能带的形成，解释了绝缘体、导体和半导体的带隙结构。引入了有效质量的概念，解释了电子和空穴在电场中的运动。 第八章：半导体物理导论 本章专注于半导体材料的独特电子特性。精确计算本征载流子浓度和费米能级的位置。系统区分了N型和P型掺杂的机制及其对载流子浓度的影响。深入分析了载流子迁移率，讨论了散射机制（声子散射、杂质散射）。最后，简要介绍了PN结的形成和基本二极管特性，作为电子理论在材料应用中的初步体现。 第九章：磁性与介电性质 本章探索材料对外部电磁场的响应。在磁性方面，详细区分了抗磁性、顺磁性和铁磁性的微观起源，引入了朗之万（Langevin）和居里-魏斯定律，并深入探讨了磁畴结构和磁滞现象的物理根源（交换相互作用）。在介电性质方面，分析了极化的几种基本机制（电子、离子、取向极化），并讨论了介电常数的频率依赖性。 --- 第四部分：晶体结构与性能的关联分析 第十章：晶体衍射理论与结构表征 本章将理论与实验手段紧密结合。系统推导了X射线衍射的劳厄条件（Laue Condition）和布拉格定律，并解释了晶体衍射的结构因子（Structure Factor）。深入讨论了衍射峰的强度与晶体结构因子和原子散射因子之间的关系。简要介绍了电子衍射和中子衍射的物理基础及其在分析轻元素和磁性材料时的独特优势。 第十一章：光学性质与晶格振动耦合 本章探讨光与晶体的相互作用。讨论了光的吸收、反射和透射的机制，强调了能带结构在光电效应中的决定性作用（例如，直接带隙与间接带隙半导体的光致发光差异）。通过分析光子与声子的耦合机制，解释了拉曼散射和红外吸收等现象，揭示晶格振动谱线在材料结构分析中的应用。 第十二章：热力学基础与相图分析 本章回归热力学视角，为理解材料的稳定性和相变提供工具。复习了吉布斯自由能的概念，并详细阐述了单组分和多组分系统的相平衡条件。重点讲解了二元合金相图的绘制原理（杠杆原理、冷却曲线分析），解释了不同冷却速率下形成的微观结构（如共晶、珠光体）的热力学驱动力。 --- 适用对象： 本书特别适合作为材料科学、物理学、化学工程等专业本科高年级及研究生阶段的“固体物理”、“材料热力学与动力学”或“晶体结构与缺陷”课程的教材或核心参考书。 本书特色： 理论深度与逻辑连贯性： 强调物理原理的严谨推导，确保从基础量子力学到宏观现象的知识链条完整。 聚焦基本模型： 避免陷入特定材料的细节，专注于建立通用的、可迁移的物理模型。 强调“为什么”： 致力于解释材料宏观性能（如导电性、硬度、热容）背后的微观物理机制。

评分☆☆☆☆☆

坦白說，這本《材料科學與工程問題詳解／下》的內容，絕對是屬於那種需要「啃」的書，但越「啃」越覺得它的價值所在。作者在探討金屬材料的塑性變形和強度理論時，其嚴謹的論述和豐富的案例，讓我這個在金屬加工領域摸爬滾打多年的工程師，也獲益匪淺。書中不僅僅是簡單地羅列了位錯理論、應變硬化定律等基本概念，而是深入剖析了這些理論在實際金屬加工過程中的應用，比如軋製、鍛造、擠壓等。作者對於不同晶體結構的金屬（如 FCC、BCC、HCP）在塑性變形行為上的差異，做了非常細緻的比較和分析，這對於我們在選擇和優化加工工藝時，提供了非常重要的參考依據。我印象最深的是書中關於金屬材料強度提升機制的詳細講解，從固溶強化、沉澱強化、晶界強化，到加工硬化，作者都給出了非常詳盡的解釋，並且結合了實際的金相組織觀察和力學性能測試數據，讓我對如何通過材料設計和熱處理來獲得高強度金屬材料有了更為清晰的認識。我記得有一次在處理一種難加工高強度鋼的切削加工問題時，就是參考了書中關於位錯運動阻礙和應力集中效應的分析，才最終找到了優化刀具幾何參數和切削速度的方法，大大提高了加工效率和表面質量。儘管書中對於某些複雜的晶體塑性模型推導，對我來說有些挑戰，但作者的講解方式，盡量讓理論與實踐相結合，讓學習過程充滿了探索的樂趣。

评分☆☆☆☆☆

拿到這本《材料科學與工程問題詳解／下》，我最直接的感受就是作者對於金屬腐蝕與防護的理解，已經到達了出神入化的境界。書中不僅僅是列舉了各種腐蝕類型（如電化學腐蝕、化學腐蝕、應力腐蝕開裂），而是從熱力學和動力學的角度，深入剖析了腐蝕發生的機理，並提出了系統性的防護策略。我特別欣賞書中關於腐蝕電位的劃分、鈍化膜的形成與穩定性、以及不同防護措施（如電化學保護、塗層保護、合金化）的有效性分析。作者還結合了大量的實驗數據和實際案例，來闡述這些理論概念，這讓我對如何預防和控制金屬腐蝕有了非常清晰的認識。我記得有一次在處理一種海洋工程結構的腐蝕問題時，就是通過書中關於電化學腐蝕的極化曲線分析，以及不同環境因素對腐蝕速率的影響，才最終制定出了一套有效的陰極保護方案。此外，書中還對一些特殊的腐蝕現象，如選擇性腐蝕、微生物誘導腐蝕等，進行了深入的探討，這對於我們在處理一些複雜的腐蝕難題時，提供了非常寶貴的思路。儘管書中對腐蝕電池的電化學原理的講解，有時候會讓我感到些許的抽象，但作者始終強調理論與實踐的結合，讓我在理解這些原理的同時，也能夠將其應用到實際的工程問題中。

评分☆☆☆☆☆

坦白講，《材料科學與工程問題詳解／下》這本書，真的是我書架上最「難纏」但也是最有價值的夥伴之一。它絕對不是那種可以輕鬆翻閱，一目十行就能學到東西的書。作者在闡述複合材料的設計與性能時，其細膩的程度令人咋舌。從纖維增強複合材料的界面行為、損傷力學，到基體材料的選擇、纖維取向的優化，乃至於製造工藝對複合材料性能的影響，每一個環節都剖析得淋漓盡致。我特別受益於書中關於層壓複合材料的應力分析部分，作者不僅提供了傳統的層合板理論，還深入探討了納米複合材料的尺寸效應和界面區域的獨特性能，這對於我們在開發輕量化、高強度結構件時，避免潛在的失效模式，提供了極為重要的預防性知識。書中的案例分析也相當具有代表性，從航空航天領域的結構件，到汽車行業的輕量化設計，再到運動器材的創新應用，都詳細展示了複合材料的優勢和挑戰。我還記得有一次在處理一種碳纖維增強聚合物基複合材料的疲勞失效問題時，就是透過書中關於損傷累積模型和界面脫粘機理的分析，才最終找到了問題的根源。儘管某些章節的數學模型相當複雜，需要花費大量時間去理解，但這恰恰是這本書的魅力所在，它讓你真正理解「為什麼」以及「如何」去解決問題，而不是僅僅停留在「是什麼」的層面。作者的學術功底和實務經驗在書中體現得淋漓盡致，讓人不得不佩服。

评分☆☆☆☆☆

我必須說，《材料科學與工程問題詳解／下》這本書，真的是對我這種「理論控」的福音。它將那些複雜抽象的材料科學概念，通過清晰的邏輯和深入的分析，變得相對容易理解。尤其是在處理半導體材料的電子學特性時，作者的講解方式簡直是神來之筆。他從能帶理論出發，詳細解釋了不同半導體材料（如矽、砷化鎵、碳化矽）的能隙、載流子濃度、遷移率等關鍵參數，並進一步探討了這些參數如何影響器件的電學性能。書中對 PN 結的形成、肖特基勢壘、MOSFET 的工作原理等，都做了非常深入的闡述，並且還結合了量子力學的概念，讓讀者能夠從更根本的層面去理解半導體器件的行為。我記得有一次在設計一種新型的高頻電子器件時，書中關於半導體材料的載流子散射機制和弛豫時間的分析，讓我對器件的頻率響應有了更深刻的認識，並最終優化了設計參數，使其性能得到了顯著提升。此外，書中還涉及到一些先進的半導體製造工藝，如光刻、離子注入、薄膜沉積等，並從材料科學的角度分析了這些工藝對材料結構和性能的影響。雖然書中對量子力學的應用部分，對我這樣的讀者來說，理解起來確實需要一些時間和精力，但作者的講解方式，即使是初學者，也能夠在反覆研讀後獲得相當大的收穫。總之，這本書為我打開了理解現代電子器件的另一扇大門，讓我不再僅僅是「使用」它們，而是真正「理解」它們。

评分☆☆☆☆☆

這本《材料科學與工程問題詳解／下》確實是一本重量級的讀物，它所涵蓋的內容之廣泛，以及分析的深度，都遠遠超出了我的預期。特別是關於陶瓷材料的部分，我原本以為陶瓷就是易碎、難加工的代名詞，但書中從陶瓷的晶體結構、化學鍵合，到燒結過程中的微觀機理，再到不同類型的先進陶瓷（如氧化物、碳化物、氮化物）在特定應用領域的優勢和局限性，都做了非常詳盡的闡述。我印象最深的是書中關於陶瓷材料的斷裂韌性提升策略的討論，作者詳細分析了鈍化裂紋尖端、引發第二相斷裂、利用殘餘壓應力等方法，並提供了許多實際的應用案例，這對我們在開發高強度、高可靠性的陶瓷結構件時，提供了非常明確的方向。另外，書中對電子陶瓷和生物陶瓷的介紹也相當到位，從它們的介電性能、壓電性能、熱電性能，到生物相容性、降解性能，都做了深入的淺出。我記得有一次在評估一種新型的生物陶瓷用於骨骼修復的材料時，書中關於陶瓷表面生物活性的分析，以及與人體組織相互作用的機理，給予了我非常大的啟發。儘管書中的數學推導有時候會讓我望而卻步，但我始終相信，扎實的理論基礎是解決實際工程問題的關鍵。作者在處理這些複雜理論時，盡量採用了清晰的邏輯結構和圖文並茂的方式，這已經是相當不容易了。這本書的優點在於，它不僅僅提供知識，更引導你去思考，去探索，去發掘材料本身的無限潛力。

评分☆☆☆☆☆

《材料科學與工程問題詳解／下》這本書，真是讓我對玻璃材料的認識，提升到了前所未有的高度。我原本以為玻璃就是一種簡單的無定形固體，但書中對玻璃的結構、性能和應用，進行了如此深入和細緻的闡述，讓我大開眼界。作者從玻璃的化學組成、網絡結構，到玻璃化轉變溫度、熱膨脹係數、力學性能，都做了非常詳盡的解釋，並且還探討了不同種類的玻璃，如硼矽酸鹽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、氟化物玻璃等，在結構和性能上的差異，以及它們各自的優勢和應用領域。我特別喜歡書中關於玻璃的增強和改性技術的介紹，比如離子交換強化、熱鋼化、納米粒子填充等，這些技術如何改變玻璃的力學性能和應用範圍，都講得非常透徹。我記得有一次在設計一種需要承受較大衝擊的顯示屏蓋板時，就是參考了書中關於離子交換強化原理的講解，才成功開發出具有更高抗衝擊性能的玻璃材料。此外，書中還對功能性玻璃，如光學玻璃、電學玻璃、生物醫學玻璃等，做了非常深入的介紹，包括它們的獨特性能和前沿應用，這讓我對玻璃材料的未來發展充滿了期待。雖然書中對玻璃的熱力學和動力學行為的闡述，有時候會讓我感到一些吃力，但作者的講解方式，始終圍繞著結構-性能-應用之間的聯繫，讓整個學習過程都非常有條理和方向感。

评分☆☆☆☆☆

《材料科學與工程問題詳解／下》這本書，在我閱讀過的眾多材料學著作中，絕對算得上是一股清流。作者在闡述納米材料的製備與性能時，其獨特的視角和創新的思維，讓我耳目一新。書中不僅僅是介紹了納米材料的分類（如納米粉體、納米線、納米管、納米薄膜），更是深入探討了納米尺度下材料所展現出的獨特物理、化學和力學性能，例如量子尺寸效應、表面效應、宏觀量子隧穿效應等。我特別欣賞書中關於納米材料製備方法的詳細介紹，從物理氣相沉積、化學氣相沉積，到溶膠-凝膠法、水熱法、模板法，作者都給出了非常詳盡的原理和操作步驟，並且還探討了不同製備方法對納米材料形貌、結構和性能的影響。我記得有一次在嘗試製備一種用於催化領域的納米催化劑時，就是參考了書中關於不同製備方法對納米催化劑比表面積和催化活性的影響的分析，才最終選擇了一種最適合的製備工藝。此外，書中還對納米材料在能源、環境、生物醫學等領域的應用前景進行了廣泛的探討，這讓我對納米材料的未來發展充滿了無限的遐想。雖然書中對納米材料的表徵技術，如透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線衍射等，有相當深入的介紹，但我相信通過反覆學習和實踐，一定能夠掌握這些先進的表徵手段。

评分☆☆☆☆☆

這本《材料科學與工程問題詳解／下》，毫無疑問是我近年來讀過最「硬核」但也最「實在」的一本材料科學書籍。作者在處理先進高溫合金的開發與應用時，其專業性和深度，令我這個在航空發動機領域工作多年的工程師，都感到由衷的敬佩。書中從高溫合金的相結構穩定性、蠕變行為、高溫氧化與熱腐蝕，到不同合金體系的設計原理（如鎳基、鈷基、鐵基高溫合金），都做了極為詳盡的闡述。我印象最深刻的是書中關於高溫合金中 γ' 相析出的機制和作用的分析，作者通過相圖、熱力學計算和顯微組織觀察，詳細解釋了 γ' 相如何顯著提高合金的強度和穩定性，以及如何通過調整合金成分來優化 γ' 相的形態和含量，從而獲得最佳的高溫性能。我記得有一次在評估一種新型的渦輪葉片材料時，就是參考了書中關於 γ' 相強化機制和晶界穩定性的討論，才最終確定了合金的熱處理工藝，使其在高溫下的使用壽命得到了極大的延長。此外，書中還對高溫合金的鍛造、定向凝固、單晶製備等先進製造工藝，以及其對材料性能的影響，進行了非常深入的介紹。雖然書中對高溫合金中複雜的元素間相互作用和相變動力學的數學模型，對我來說是一個不小的挑戰，但作者始終將理論分析與實際應用緊密結合，讓我在學習過程中，能夠不斷地將知識轉化為解決實際問題的能力。

评分☆☆☆☆☆

這本《材料科學與工程問題詳解／下》真是讓我又愛又恨，愛的是它對於那些晦澀難懂的材料學原理，總能提供相當深入且具體的解釋，很多時候我卡關很久的題目，翻開這本書，透過作者細膩的筆觸和條理分明的邏輯，彷彿撥雲見日。像是其中關於金屬材料的相變部分，我原本對史密斯圖的理解僅止於皮毛，但書中針對不同合金系統，從熱力學出發，詳細推導了相變動力學的關鍵參數，並結合實際的金相組織演變過程，讓我對固態相變的理解提升到了一個全新的層次。更不用說在合金設計與熱處理章節，作者透過大量的案例分析，從微觀結構到宏觀性能的關聯性，一一剖析，這對於我們這些在實驗室裡埋頭苦幹的工程師來說，簡直是一份寶藏。我記得有一次在處理一種新型高溫合金的焊接問題時，就是參考了書中關於晶界滑移與蠕變行為的分析，才得以找出問題的根源並優化焊接參數。書中的圖表也非常豐富，而且都不是那種程式碼生成的制式圖表，而是充滿了手繪的溫度和分析的痕跡，讓人感覺作者是帶著深厚的學術功底和豐富的實務經驗，一點一滴地將知識濃縮在這本書裡。雖然有時候某些公式的推導會讓我花上不少時間去消化，但這也是學習的樂趣所在，不是嗎？那種透過自己的努力理解複雜理論的成就感，是任何一本速成讀物都無法給予的。總之，如果你對材料科學有著嚴謹的研究態度，並且願意投入時間去鑽研，這本書絕對會是你研究室書架上不可或缺的一份子，它不僅僅是一本參考書，更像是你研究道路上的良師益友，隨時準備為你解惑答疑。

评分☆☆☆☆☆

說實話，一開始拿到這本《材料科學與工程問題詳解／下》的時候，我還抱著一種「又是本厚重的教科書」的心態，但翻開後，我才發現它的獨特之處。作者在處理那些看似枯燥的理論時，總能注入一股生命力。舉例來說，書中在討論高分子材料的力學行為時，並沒有僅僅羅列一堆應力-應變曲線，而是深入探討了高分子鏈的構象變化、分子間作用力，以及這些微觀行為如何影響宏觀的彈性、塑性甚至斷裂行為。我特別喜歡它對不同類型高分子（如彈性體、熱塑性塑膠、熱固性塑膠）在不同溫度和應力條件下的行為差異進行的細緻分析，這對於我們在選擇和應用高分子材料時，提供了非常寶貴的指導。例如，在設計一種需要長期承受高溫環境的塑膠零件時，書中關於高分子材料的熱老化機制和殘餘應力釋放的討論，就讓我恍然大悟，原來之前遇到的脆性斷裂問題，很大程度上是源於這個。而且，作者的敘述方式也相當有特色，時而像一位循循善誘的老師，耐心引導你進入知識的殿堂；時而又像一位經驗豐富的工程師，用生動的案例跟你分享他的「坑」和「經驗」。書中的許多圖示，都不是那種冰冷的幾何圖形，而是充滿了生活化的比喻和聯想，讓原本抽象的概念變得具體易懂。我還記得書中用「橡皮筋拉伸」來解釋高分子鏈的彈性回复，用「積木堆疊」來比喻高分子的交聯結構，這些巧妙的比喻，至今仍讓我印象深刻。當然，這本書的深度絕不是蓋的，有些章節的內容，需要反覆閱讀才能完全領會，但這也正是它的價值所在，它逼迫你去思考，去連結，去建構屬於自己的知識體系。